Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя (его варианты) Советский патент 1983 года по МПК H02P5/06 

О1

оо to

4 -sj

2, Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя, содержащее два частотных таходатчика и последовательно соединенные с первьам таходатчиком усилительограничитель, дифференциатор и генератор пилообразного напряжения, последовательно соединенные с вторым таходатчиком второй усилительограничитель, второй дифференциатор с выходом, подключенным к управляющему входу схемы выборкихранения, источник постоянного тока с выходом, соединенным с входом схемы сравнения, и усилитель мощности, подключенный к электродвигателю, отличающееся тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты вращения электродвигателя, в него дополнительно введены последовательно соединенные интегратор и сумматор, второй вход которого и вход интегратора объединены и подключены к схеме сравнения, вход которой чере схему выборки-хранения связан с генератором пилообразного напр яжения, выход сумматора подключен к улителю мощности.

3. Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя, содержащее два частотных таходатчика и последовательно соединенные с первым таходатчиком усилитель-ограничитель , дифференциатор и генератор пилообразного напряжения, последовательно соединенные с вторым таходатчиком второй усилитель-ограничитель, второй дифференциатор с выходом, подключенным к управляющему входу,схемы выборки-хранения, источник постоянного тока с выходом соединенным с входом cxevtj сравнения, и усилитель мощности, подключенный к электродвигателю, отличающееся тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты вращения электродвигателя, в него дополнительно введены последовательно соединенные интегратор и сумматор, второй вход которого содинен с вторым входом схемы срав.нения и через схему выборки-хранения связан с генератором пилообразного напряжения, выход сумматора подключ к усилителю мощности.

1. Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя, содержащее два частотных таходатчика и последовательно соединенные с первым таходатчиком усилительограничитель, дифференциатор, генератор пилообразного напряжения, последовательно соединенные с вторым таходатчиком второй усилитель-ограничитель и второй дифференциатор с выходом, подключенным к управляющему входу схемы выборки-хранения, источник постоянного тока с выходом, соединенным с входом схемы сравнения, и усилитель мощности, подключенный к электродвигателю, отличающееся тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты вращения электродвигателя, в него дополнительно введены последовательно соединенные интегратор и сумматор, второй вход которого и вход интегратора объедиi нены и подключены к схеме выборкихранения, выход сумматор подключен (Л С к усилителю мощности, вход схемы . выборки-хранения через схему сравнения связан с генератором пилообразного напряжения.

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации частоты вращения электродвигателя в аппаратуре звукозаписи.

Известно устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя, содержащее последовательно соединенные частотный таходатчик, усилитель-ограничитель, дифференциатор, генератор пилообразного напряжения, схему сравнения, к другому входу которой подключен источник постоянного тока, фильтр низких частот, фазовый компенсатор, активный фильтр низких частот и усилитель мощности с мостовой диодной схемой регулирования переменного напряжения, подключенный к асинхронному электродвигателю. .

Устройство формирует управляющее напряжение, пропорциональное статической ошибке между фактической частотой и номинальной частотой вращения электродвигателя, которая определяется величиной опорного напряжения l.

Недостатками рассмотренного устройства для стабилизации частоты вращения двигателя являются невысокое быстродействие, ограниченно

инерционностью системы низкочастот- . ных фильтров, и отрицательное влияние на равномерность вращения двигателя погрешности частоты таходатчика, являющейся следствием неточности его изготовления (неравномерность шага модуляционных меток, эксцентриситет и биение модулятора). Наибапеёблизким к изобретению

по технической сущности является устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя, содержащее два частотных таходатчика и последовательно соединенные

с первым таходатчиком усилительограничитель, дифференциатор, гененератор пилообразного напряжения, последовательно соединенные с вторым таходатчиком второй усилительограничитель и второйдифференциатор с выходом, подключенным к управляющему входу схемы выборки-хранения, источник постоянного тока с выходом, соединенным с входом схемы сравнения, и усилитель мощности,

подключенный к электродвигателю 2.. Однако известное устройство, обладая высоким быстродействием,стабилизируя мгновенную частоту вращения и устраняя зависимость стабильностй частоты вращения от частотных погрешностей таходатчиков, не обеспечивает достаточно точную стабилизацию наличия статической оСиибки, равной разности между фактической и номинальной частотами вращения и зависящей от момента нагрузки и других внешних Факторов.

Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты вращения электродвигателя.

Поставленная дёль достигается тем, что в устройство введены послед довательно соединенные сумматор и интегратор,, второй вход которого и вход интегратора объединены и под.ключены к схеме выборки-хранения выход сумматора подключен к у си л и-. телю мощности, вход схемы выборкихранения через схему сравнения связан с генератором пилообразного напряжения.

Согласно второму варианту в устройство введены последовательно соединенные интегратор и сумматор, второй вход которого и вход интегратора объединены и подключены к схеме сравнения, вход которой через схему выборки-хранения связан с генератором пилообразного напряжения, выход сумматора подключен к усилителю мощности.

Согласно третьему варианту в устройство введены последовательно соединенные интегратор и сумматор, второй вход которого соединен с вторым входом схемы.сравнения и через схему выборки-хранения связан с генератором пилообразного напряжения, выход сумматора подключен к усилителю мощности.

На фиг. 1-3 изображены функциональные схемы соответственно первого , второго и третьего вариантов устройства для стабилизации частоты вращения электродвигателя; нафиг.4временная диаграмма, поясняющая работу устройства, показанного на фиг.. 1.

Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя 1 содержит два частотных таходатчика 2 и 3 с общим модуляторном (не показан), размещенных рядом со сдвигом один относительно другого в Направлении вращения модулятора, который жестко связан с валом электродвигателя, при этом угловой шаг модулятора несколько брльше угла размещения, таходатчиков 2 и 3. Последовательно с первым (по направлению вращения) таходатчиком 2 соединены усилитель-ограничитель (компаратор), 4, дифференциатор 5, генератор 6 пилообразного напряжения, схема 7 сравнения сигналов, к другому входу которой подключен источник 8 постоянного тока, схема 9 выборки-хранения аналогового сигнала, интегратор 10,

сумматор 11, второй вход которого 1 соединен с входом интегратора 10, и усилитель 12 мощности, подключенный к электродвигателю 1. Последовательно с другим таходатчиком 3 соединен второй усилитель-ограничитель (компаратор) 13 и второй дифференциатор 14 с выходом, подключенным к управляющему входу схемы 9 выборки-хранения.

Особенность выполнения устройства по второму варианту (фиг. 2) заключается в том, что сумматор 11 и интегратор 10 соединены последовательно; вторые их входы объединены и подключены к схеме 7 сравнения, вход которой через схему 9 -выборки-хранения связан с генератором 6 пилообразного напряжения, выход сумматора 11 подключен к усилителю 12 мощности.

Особенность выполнения устройства по третьему варианту (фиг. 3) заключается в том, что интегратор 10 и сумматор 11 соединены последовательно, второй вход сумматора 11 соединен с вторым входом схемы 7 . сравнения и через схему 9 выборкихранения связан с генератором б пилообразного напряжения, выход сумматора 11 подключен к усилителю 12

0 мощности.. 1

Устройство работает следующим образом...

При вращении двигателя 1 на выходах таходатчиков 2 и 3 поочередно возникают напряжения с частотой следования импульсов, равной часто-, те модуляции и кратной частоте вращения электродвигателя. Импульсы выходного.напряжения таходатчиков 2 и 3 (фиг. 4а, б) сдвинуты один относительно Другого на время задержки, равное времени поворота мо.дулятора при прохождении одной и той же модуляционной метки между таходатчиками, расстояние между которыми постоянно. Время задержки между последовательностями импульсов (фиг. 4а., б) при постоянной частоте вращения двига-теля 1 совместно, с модулятором постоянно и изменяется обратно пропорционально изменению частоты вращения электродвигателя. Такие погрешности изготовления общего для обоих таходатчиков модулятчэра как биение, эксцентриситет и непостоянство углового шага между модуляционными метками не влияют на время задержки следования импульсов на выходах таходатчиков 2 и 3 (т.е. не влияют синхронные погрешности частоты их модуляции).

Сигналы с выходов таходатчиков 2 и 3 поступают на соЬтветствующие усилители-ограничители 4 и 13, формирующие у импульсов крутые .фронты и спады, и далее на дифферен циаторы 5 и 14, преобразующие последовательности сдвинутых во времен прямоугольных импульсов в последова тельности коротких положительных импульсов (фиг. 4в, г), соответству щих фронтам (спадам) прямоугольных импульсов на входах дифференциаторо С выхода дифференциатора короткие импульсы (фиг. 4в) поступают на вход генератора 6 пилообразного напряжения а импульсы (фиг. 4г) с выхода дифференциатора 14 - на управляющий вход схемы 9 выборкит хранения. Короткий положительный Импульс (фиг, 4в) дифференциатора 5 устанавливает выходное напряжение генератора 6, равным нулю, и после окончания этого импульса выходное напряжение генератора 6 линейно возрастает до момента прихода следующего. , Таким образом, на выходе генератора б формируется пилообразное напряжение (фиг. 4д) с частотой, равной частоте модуляции таходатчика 2. Это напряжение поступает на один из входов схемы 7 сравнения, на другой вход которой подается опо ное напряжение от источника 8 постоянного .тока. С выхода схемы 7 пилообразное напряжение (фиг. 4е), смещенное относительно нуля на вели чину опорного напряжения, поступает на вход схемы 9 выборки-хранения которая запоминает величину напряжения (фиг. 4е) пилообразной формы в момент прихода на ее управляющий вход короткого положительного импульса (фиг. 4г) от дифференциатора 14 и сохраняет величину этого напря жения постоянной до момента прихода следующего импульса. Напряжение (фиг. 4ж) с выхода схемы 9 выборки-хранения поступает на один из двух входов сумматора 11 и параллельно - на вход интегратора 10, выход которого соединен с другим входом сумматора 11. На входе интегратора 10 пропорционально постоянной интегрирования возникает возрастающее напряжение при появлении на его входе положительного напряжения, постоянно спадающее напряжение - при отрицательном напряжении на его входе и не меняющееся .напряжение при нулевом напряжении на входе интегратора 10. Сумматор 11 складывает выходные напряжения схемы 9 выборки-хранения (фиг. 4ж) и интегратора 10 (фиг, 4з Напряжение (фиг. 4и) с выхода сумма тора 11 поступает .на вход усилителя 12 мощности и далее - на электро двигатель 1, замыкая контур регулирования. Величина опорного напряжения источника 8 определяет настройку замкнутого контура регулирования на номинальную частоту вращения электродвигателя 1. При установлении меньшей величины опорного напряжения от источника 8 постоянного тока, чем та, которая определяет номинальную частоту вращения электродвигателя, величина постоянной составляющей напряжения (фиг. 4ж) на выходе схемы 9 выбор-, ки-хранения дискретно увеличится, напряжение (фиг. 4з) на выходе интегратора 10 постоянно возрастает, что приводит к постоянному возрастанию напряжения на выходе сумматора 11 и усилителя 12 мощности (фиг. 4и, к). При возрастании напряжения, подаваемого на электродвигатель 1, его частота вращения увеличивается, и соответственно уменьшаются время задержки t,, между последовательностями импульсов . (фиг. 4а, б) на выходах таходатчиков 2 и 3 и напряжение (фиг. 4ж) на выходе схемы 9 выборки-хранен«я. При достижении уровня выходного напряжения схемы 9 выборки-хранения, равного нулю, интегратор 10 прекращает интегрирование, его выходное напряжение сохраняется постоянным, и соответственно сохраняются постоянными напряжение, подаваемое от усилителя 12 на электродвигатель 1, и частота вращения последнего. При установлении большей величины опорного напряжения происходит обратный процесс. Стабилизация частоты вращения электродвигателя осуществляется следующим образом.. При воздействии внешних факторов, например при увеличении моМента нагрузки Мц рэлектродвигателя 1 или при уменьшении напряжения его питания, уменьшается частота вращения электродвигателя 1, частота следования импульсов (фиг. 4а,б) на выходах таходатчиков 2 и 3 и частота запуска генератора 6 (фиг. 4д), а время задержки tjg. между последовательностями коротких импульсов (фиг. 4в, г) на входах дифференциаторов 14 и 5 увеличится. Так как скорость линейного нарастания пилообразного напряжения (фиг. 4д) на выходе генератора 6 остается неизменной при изменении частоты его запуска дифференциатором 5, а промежуток времени между запуском генератора 6 и моментом запоминания текущего значения пилообразного напряжения (фиг. 4е) схемой 9 выборки-хранения, определяемого моментом прихода импульса (фиг. 4г) от дифференциатора 14 на ее управляющий вход, увеличится, таким образом на выходе схемы 9 уровень напряжения (фиг. 4ж), обратно пропорциональный отклонению от номинальной фактической частоты вращения, дискретно увеличится. На выходе интегратора 10 напряжение (фиг. 4з) начи нает постоянно возрастать, что приводит к возрастанию напряжения на выходе сумматора 11 и усилителя 12 мощности, (фиг. 4и, к). П(эи возраст нии напряжения, подаваемого на злектродвигатель 1, его частота вра щения увеличивается, преодолевая сопротивление момента нагрузки, и соответственно уменьшаются время з держки tjci. между последовательностями импульсов (фиг. 4а, б) на выходах таходатчиков 2 и 3 и напря-жеиие (фиг. 4ж) на .выходе схемы 9 в лборки-храйения. При достижении выходным напряжение сх;емы 9 уровня, равного нулю, т.е. при совпадении фактичес| рй и номинальной частот вращения, выходные напряжения интегратора 10 и сумгиатора 11 напряжение, додаваемое на электродвигатель 1 от усилителя 12, и частота, вращения электро двигателя 1 сохраняются постоянными. . . При уменьшении момента нагру.зки электродвигателя 1, приведшем к увеличению его частоты вращения, произойдет обратный процесс, при котором напряжение, подаваемое на .электродвигатель i, будет снижатьсй до момента совпадения фактической и номинальной. частот вращения электродвигателя. Таким образом, замкнутый контур регулирования путем изменения напря жения, подаваемого на электродвигаг тель,. компенсируя изменение его час тоты вращения при воздействии внешних факторов, поддерживает ее стабильной при рассогласовании фактической и номинальной частот вращения с ошибкой, стремящейся к нулю. При работе устройства (фиг. 2) сравнение с опорным Напряжением прямо пропорционального времени задержки между последовательностями импульсов на выходах таходатчиков 2 и 3 осуществляется на выходе схемы 9 выборки-хранения обратно пропорционально фактической частоте вращения электродвигателя 1, .а отличие от нуля выходного напряжения cxeNbj пропорционально отклонению с обратным знаком фактической частоты вращения от номинальной . . . . : . : . Приработе устройства (фиг. 3) напряжение на выходе схемы 9 выборки-хранения прямо пропорцион-альное времени задержки между последовательностями импульсов задержки, между последовательностями импульсов на выходах таходатчиков 2 и 3, суммируется с выходным напряжением интегратора 10, на вход которого поступает напряжение после сравнения схемой 7 выходного напряжения рхемы 9 выборки-хранения и опорного напряжения источника 8. В этом случае выходное напряжение схемы 9 выборки-хранения обратно пропорционально фактической часгтрте вращения электродвигателя 1/ а выходное напряжение exeNbi 7 сравнения обусловлено отклонением фактической частоты вращения от номинальной. Реализаций первого варианта несколько прощеi чем второго и третьего, однако последние предусматривают возможность подключения контрольных приборов, регистрирующих фактическую частоту вращения электродвигателя 1, а также ее отклонение от номинальной. Технический эффект предлагаемых устройств обусловлен значительно более высокой точностью стабилизации частоты вращения электродви-/ гателя. Так, например, изменени.е момента нагрузки, который обуславлива-; ет в известном устройстве отклонение фактической частоты вращения от номингшьной на величину, равнуяз 1%, в предлагаемых устройствах не превышает 0,05%.